[发明专利]具有抗噪声装置的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及具有抗噪声装置的风力涡轮机叶片，更具体地涉及具有用于降低分贝(A)中所产生的空气动力可听见噪声的装置的叶片。 

背景技术

在运行期间产生的噪声严重制约风力涡轮机中的功率产生。具体地，由于边界层与拖尾边缘之间的相互作用风力涡轮机叶片产生空气动力可听见噪声。 

在开始转换之后及与拖尾边缘相互作用时，风力涡轮机叶片上的湍流边界层产生噪声。边界层中湍流的各向异性、变化和长度范围影响机翼产生的噪声。 

现有几种公知的方案降低风力涡轮机叶片产生的空气动力噪声。 

其中之一是利用锯齿形的拖尾边缘。在这一方面，EP0652367具体公开了具有以锯齿形式不规则地形成的后边缘的转子叶片。EP1314885公开了具有锯齿形拖尾边缘的转子叶片，每一个叶片具有多个沿展翼方向的周期性的锯齿形缺口，锯齿的形式是相邻顶点之间的夹角在约60度以内。EP1338793公开了转子叶片，其中在叶片的拖尾边缘部分形成锯齿形缺口，锯齿的形状是三角齿、梯形齿或锯形齿。 

在WO2006/122547中公开的另一方案是利用湍流生成装置作为噪声减小装置。所述装置放置在风力涡轮机叶片的背风表面侧和在叶尖方向的风力涡轮机叶片的外截面。 

现有技术还提出利用风力涡轮机的运行控制方法减小空气动力噪声，特别是控制转子转速。在这方面，1996年Wagner等在Springer-Verlag Berlin Heidelberg出版的Wind Turbine Noise中总结了风力涡轮机产生的噪声引起的问题和一些减小噪声的方法。 

本发明提供了减小风力涡轮机产生的空气动力噪声的不同方案。 

发明内容

本发明的目标是提供一种风力涡轮机叶片，其具有允许改变边界层特性并因此减轻发出的噪声的装置。 

本发明的另一目标是提供具有可听见噪声减弱装置的风力涡轮机叶片。虽然发出的噪声中声学能量保持不变，但是产生的可听见噪声减少。 

本发明的这些和其他目标通过提供包括至少一个叶片的风力涡轮机实现，叶片的空气动力外形具有前导边缘、拖尾边缘和在前导边缘与拖尾边缘之间的吸入和压力侧，且叶片包括放置在吸入侧的由改变边界层噪声频谱的元件构成的抗噪声装置。 

如下详细所示，所述元件由于其降噪机构不易于产生湍流，该降噪机构除了相干射流结构外与WO 2006/122547的类似。湍流的引入意味着引入边界层中的随机运动，同时引入相干结构与引入边界层中的有序运动相关。 

从以下结合附图的详细说明可以理解本发明的其他特征和优点。 

附图说明

图1是根据本发明具有抗噪声装置的风力涡轮机叶片的示意性侧视图。 

图2是根据本发明抗噪声装置的单个元件的立体图。 

图3是图2所示单个元件的平面图。 

图4、5和6是根据本发明抗噪声装置的三个不同实施例的立体图。 

图7示意性地表示根据本发明抗噪声装置的单个元件产生的相干旋涡结构。 

图8是在叶片表面上相干结构的表面油可视化效果。 

具体实施方式

当气流流过叶片时，边界层形成。边界层是流场中的区域，其中速度从远离叶片的流体速度变化到自然附着在叶片表面上的不滑动状态。边界层的本质是层流或湍流。层流边界层可以看作气流平滑移动的边界层，好像平行于表面的层。层流边界层自然地发展为湍流边界层，其中有大量的随机运动。从层流到湍流的变化出现在称为转换区的区域，其中不同射流结构的演化改变了边界层的本质。第一个出现的湍流结构是湍流斑。湍流斑顺流传播，结合并形成Λ结构(也称为发夹结构)。后者的结构促进边界层中的混合，且由于在气流中引入的运动模式，后者的结构能够自维持。Λ结构出现之后，气流很快完全变为湍流，没有瞬时的有序。在湍流边界层中，真正的粘滞效果(由于粘性导致的)只出现在粘性子层中，粘性子层是靠近壁面的非常小的区域。在湍流边界层的其余部分，粘滞效应仅仅是表面上的，因为这里的粘滞效应是由于随机运动及没有粘性与剪应力能量消耗。 

发出的噪声能量等级及其频率分布很大程度上取决于湍流的长度范围和在叶片表面上由湍流运动引起的压力波动的能谱。在边界层内湍流结构的范围约为边界层的厚度，其特征长度范围和能谱分布很大程度上取决于所考虑位置的边界层逆流的变化，对于空气声学目的，所考虑位置通常是拖尾边缘。